کربن جاکوبی
خانه » کربن جاکوبی

کربن جاکوبی

کربن جاکوبی

کربن فعال

  • کربن فعال برای تصفیه مایعات و گازها در موارد مختلف از جمله آب آشامیدنی شهری ، پردازش غذا و نوشیدنی ، حذف بو ، کنترل آلودگی صنعتی استفاده می شود.
  • کربن فعال از مواد منبع کربنی مانند نارگیل ، پوسته مغز ، زغال سنگ ، ذغال سنگ نارس و چوب تولید می شود.
  • مواد اولیه اولیه مورد استفاده برای کربن فعال هر ماده آلی با محتوای کربن بالا است.
  • جذب یک فرایند است که در آن از یک ماده جامد برای حذف یک ماده محلول از آب استفاده می شود.
  • در این فرایند کربن فعال جامد است.
  • کربن فعال به طور خاص برای دستیابی به سطح داخلی بسیار بزرگ (بین 500 – 1500 متر مربع در گرم) تولید می شود.
  • این سطح داخلی بزرگ ، کربن فعال را برای جذب ایده آل می کند.

کربن فعال

جذب کربن فعال

  • جذب یک فرایند است که در آن از یک ماده جامد برای حذف یک ماده محلول از آب استفاده می شود. در این فرایند کربن فعال جامد است.
  • کربن فعال به طور خاص برای دستیابی به سطح داخلی بسیار بزرگ (بین 500 – 1500 متر مربع در گرم) تولید می شود.
  • این سطح داخلی بزرگ ، کربن فعال را برای جذب ایده آل می کند.
  • کربن فعال در دو نوع وجود دارد: کربن فعال پودری (PAC) و کربن فعال گرانولی (GAC).
  • نسخه GAC بیشتر در تصفیه آب استفاده می شود ، می تواند مواد محلول زیر را جذب کند:

اطلاعات کربن فعال

جذب مواد آلی و غیر قطبی مانند:

  • روغن معدنی
  • BTEX
  • هیدروکربنهای چند معطر (PAC)
  • (کلرید) فنل
  • جذب ماده هالوژنه: I ، Br ، Cl ، H en F
  • بو
  • چشیدن
  • مخمرها
  • محصولات مختلف تخمیر
  • مواد غیر قطبی (موادی که در آب حل نمی شوند)

نمونه هایی از کربن فعال در فرآیندهای مختلف:

  • تصفیه آب زیرزمینی
  • کلرزدایی آب فرآیند
  • تصفیه آب استخرها
  • پولیش پساب تصفیه شده

شرح فرایند:

  • آب در یک ستون حاوی کربن فعال پمپ می شود ، این آب ستون را از طریق یک سیستم تخلیه خارج می کند.
  • فعالیت ستون کربن فعال بستگی به دما و ماهیت مواد دارد. آب به طور مداوم از ستون عبور می کند ،
  • که باعث تجمع مواد در فیلتر می شود. به همین دلیل فیلتر باید به صورت دوره ای تعویض شود.
  • فیلتر مورد استفاده را می توان به روش های مختلف بازسازی کرد ،
  • کربن دانه ای را می توان با اکسیداسیون مواد آلی به راحتی بازسازی کرد.
  • بازده کربن فعال 5 تا 10 درصد کاهش می یابد

1). بخش کوچکی از کربن فعال در طی فرآیند بازسازی از بین می رود و باید جایگزین شود.

  • اگر با ستون های مختلف به صورت سری کار می کنید
  • می توانید اطمینان حاصل کنید که سیستم تصفیه خود را به طور کامل فرسوده نخواهید کرد.

شرح جذب:

مولکولهای گاز یا فاز مایع به صورت فیزیکی به سطحی متصل می شوند ، در این حالت سطح از کربن فعال است. فرآیند جذب در سه مرحله انجام می شود:

انتقال کلان:

حرکت مواد آلی از طریق سیستم منافذ کلان کربن فعال (منافذ ماکرو> 50 نانومتر)

حمل و نقل خرد:

حرکت مواد آلی از طریق مزو منافذ و سیستم میکرو منافذ کربن فعال (میکرو منافذ <2 نانومتر ؛ مزو منافذ 2-50 نانومتر)

جذب:

  • اتصال فیزیکی مواد آلی به سطح کربن فعال در مزو منافذ و ریز منافذ کربن فعال
  • سطح فعالیت جذب بر اساس غلظت ماده در آب ، دما و قطبیت ماده است.
  • یک ماده قطبی (= ماده ای که به خوبی در آب حل می شود) توسط کربن فعال نمی تواند یا بد حذف می شود ،
  • یک ماده غیر قطبی می تواند به طور کامل توسط کربن فعال حذف شود.
  • هر نوع کربنی ایزوترم جذب خود را دارد
  • و در تجارت تصفیه آب این ایزوترم با عملکرد فروندلیچ مشخص می شود.

عملکرد Freundlich:

  • x/m = ماده جذب شده در هر گرم کربن فعال
  • Ce = تفاوت غلظت (بین قبل و بعد)
  • Kf ، n = ثابتهای خاص
  • منحنی دوم از کربن فعال فرسودگی یک فیلتر را نشان می دهد.
  • به طور معمول ما یک واحد ضد عفونی کننده UV را بعد از ستون کربن فعال قرار می دهیم.

تفاوت بین جذب و فعال چیست ؟؟

  • وقتی ماده ای به سطح متصل می شود ، جذب نامیده می شود ، در این صورت این ماده به سطح داخلی کربن فعال متصل می شود.
  • وقتی ماده ای در محیط دیگری جذب می شود ، جذب نامیده می شود. هنگامی که یک گاز در محلول جذب می شود ، جذب نامیده می شود.
  • ایزوترم جذب خاصی را برای کربن فعال ارائه می دهد.
  • در محور افقی می توانید غلظت و در محور عمودی می توانید مقدار لازم کربن را پیدا کنید. برای بهینه سازی ستون می توانید از این نوع ارقام استفاده کنید.
  • در مورد خستگی هنگام استفاده از ستون شما توضیح می دهد. نقطه C3 ستون شروع به شکستن می کند
  • و نزدیک C4 ستون شما دیگر تصفیه نمی شود. بین نقطه C3 و C4 شما باید ستون خود را بازسازی کنید.

عوامل م thatثر بر عملکرد کربن فعال در آب:

نوع ترکیبی که باید حذف شود. ترکیباتی با وزن مولکولی بالا و حلالیت کم بهتر جذب می شوند.
غلظت ترکیبی که باید حذف شود. هرچه غلظت بیشتر باشد ، میزان مصرف کربن نیز بیشتر می شود.
حضور سایر ترکیبات آلی که برای مکانهای جذب موجود رقابت خواهند کرد.
pH جریان زباله به عنوان مثال ، ترکیبات اسیدی در pH پایین بهتر حذف می شوند.
بر این اساس ما می توانیم برخی از مواد شیمیایی را بر اساس احتمال جذب موثر آنها توسط کربن فعال در آب طبقه بندی کنیم:

1.- مواد شیمیایی با احتمال جذب زیاد توسط کربن فعال:

  • 2،4-D
  • دیزوپروپ
  • یلتاترازینلینورون
  • آلاکلور دستیلاترازین
  • مالاتیون
  • آلدرین
  • Demeton-O
  • MCPA آنتراسن
  • دی-ن-بوتیل فتالات مکوپروپ
  • آترازین

1،2-دی کلرو بنزن

  • متازاکلور
  • آزینفوس-اتیل 1،3-دی کلرو بنزن 2-متیل بنزامین
  • بنتازون

1،4-دی کلرو بنزن

  • متیل نفتالنبیفنیل

2،4-دی کلروکرزول

  • 2-متیل بوتان
  • 2،2-بی پیریدین
  • 2،5-دی کلروفنول

مونورون

  • بیس (2-اتیل هگزیل) فتالات
  • 3،6-دی کلروفنول
  • ناپتالین
  • بروماسیل

2،4-دی کلروفنوکسی

  • نیتروبنزن برومودی کلرومتان
  • دیلدرین m-nitrophenol
  • p- بروموفنول دی اتیل فتالات
  • o- نیتروفنول
  • بوتیل بنزن 2،4-دینیتروکرزول
  • p- نیتروفنول هیپوکلریت کلسیم
  • 2،4-دینیتروتولوئن

ازن

  • کربوفوران 2،6-دینیتروتولوئن
  • پاراتیون کلر
  • دیورون پنتاکلروفنول
  • دی اکسید کلر اندوسولفان
  • پروپازین لروبنزن
  • اندرین سیمازین

4-کلرو-2-نیتروتولوئن

  • اتیل بنزن تربوترین
  • 2-کلروفنول
  • هزاکلروبنزن تتراکلرواتیلن
  • کلروتولوئن
  • هزاکلروبوتادین تریکلوپیر
  • کریسن هگزان

1،3،5-تری متیل بنزن

  • m-Cresol
  • ایزودرین m- زایلن
  • سیانازین
  • ایزوکتان o- زایلن
  • سیکلوهگزان ایزوپروتورون
  • p- زایلن DDT
  • لیندان 2،4-زایلنول

2- مواد شیمیایی با احتمال زیاد جذب کربن فعال:

  • آنیلین دیبرومو -3-کلروپروپان
  • 1-پنتانول بنزن
  • دیبرومکلرومتان فنل
  • الکل بنزیل 1،1-دی کلرواتیلن
  • فنیل آلانین بنزوئیک اسید
  • cis-1،2- دی کلرو اتیلن o-Phthalic acid
  • بیس (2-کلرواتیل) اتر

trans-1،2- دی کلرو اتیلن

  • استایرن
  • برومودی کلرومتان
  • 1،2-دی کلروپروپان
  • 1،1،2،2-تتراکلرواتان
  • بروموفورم اتیلن
  • تولوئن تتراکلرید کربن
  • هیدروکینون 1،1،1-تری کلرواتان

1-کلروپروپان

  • متیل ایزوبوتیل کتون
  • تری کلرواتیلن
  • کلروتولورون

4-متیل بنزنامین

وینیل استات

3.- مواد شیمیایی با احتمال متوسط ​​جذب شدن توسط کربن فعال*:

  • استیک اسید دی متیوات
  • متیونین آکریل آمید
  • اتیل استات متیل ترت-بوتیل اتر
  • کلرواتان اتیل اتر متیل اتیل کتون
  • کلروفرم فرئون 11
  • پیریدین 1،1-دی کلرواتان
  • فرئون 113 1،1،2-تری کلرواتان
  • 1،2-دی کلرواتان
  • فرئون 12 کلرید وینیل
  • 1،3-دی کلروپروپن گلیفوسات
  • دیکگولاک ایمازیپور

*(برای این مواد شیمیایی کربن فعال فقط در موارد خاص مثر است).

4– مواد شیمیایی که جذب آنها با کربن فعال بعید است مثر باشد. با این حال ، ممکن است در موارد خاصی مانند جریان کم یا غلظت مناسب باشد:

  • استون متیلن کلراید
  • استونیتریل 1-پروپانول
  • اکریلونیتریل پروپیونیتریل
  • دی متیل فرمالدئید پروپیلن
  • 1،4-دیوکسان تتراهیدروفوران
  • ایزوپروپیل الکل اوره
  • متیل کلرید

عوامل موثر بر عملکرد کربن فعال در هوا:

  • نوع ترکیباتی که باید حذف شوند: به طور کلی ترکیبات با وزن مولکولی بالا ، فشار بخار کمتر/نقطه جوش بیشتر و ضریب شکست بالا بهتر جذب می شوند.
  • غلظت: هرچه غلظت بیشتر باشد ، مصرف کربن بیشتر است.
  • دما: هرچه دما پایین تر باشد ، ظرفیت جذب بهتر است.
  • فشار: هرچه فشار بیشتر باشد ، ظرفیت جذب بهتر است.
  • رطوبت: هرچه رطوبت کمتر باشد ، ظرفیت جذب بهتر است.
  • اگر می خواهید بدانید که آیا یک ماده شیمیایی خاص می تواند به طور موثر توسط کربن فعال از هوا حذف شود ، لطفاً با ما تماس بگیرید.

اطلاعات بیشتر در مورد احیای کربن فعال

1) منبع: مهندسی فاضلاب ؛ متکالف و ادی ؛ ویرایش سوم؛ 1991 ؛ صفحه 317

کربن فعال در دو نوع وجود دارد:

کربن فعال پودری (PAC) و کربن فعال گرانولی (GAC). نسخه GAC بیشتر در تصفیه آب استفاده می شود ، می تواند مواد محلول زیر را جذب کند:

ذکر این نکته ضروری به نظر می رسد که

خاصیت جذب کنندگی زغال از سطح زیاد آن نشأت می گیرد و یک سانتیمتر مکعب از زغال دارای سطح ۱۰۰۰ متر مربع است.

ماکروپورها

  • حفره های ورودی یا عوامل اصلی جذب و مزوپور ها حفره های موقت گذرا و میکرو پور ها حفره های اصلی ذخیره سازی می باشند
  • معمولاً ماکرو پرو ها به مقدار خیلی کم در حدود ۵% در تشکیل سطوح ویژه داخلی دخالت می کنند
  • و این حفره ها که بعنوان گذرگاه عمل می نمایند موجب تسهیل در پدیده جذب در سطوح داخلی کربن جاکوبی اکتیو می شوند
  • در حالیکه حفره های مزو نقشی در حدود ۹۵% در پدیده سطوح ویژه جذب را دارا می باشند و محل اصلی ذخیره مواد جذب شده می باشند.
  • بطور متوسط ۴۰ درصد از کل حفره ها مربوط به حفره های متوسط می باشد. توزیع قطر حفره ها در یک نمونه کربن جاکوبی اکتیو بستگی به نوع ماده اولیه و روش تولید کربن جاکوبی اکتیو دارد.
  • جذب سطحی مولکولها عموماً درحفره های ریز و متوسط رخ می دهد و حفره های بزرگ به عنوان مجراهایی برای عبور ماده جذب شونده و رسیدن آن به حفره های ریزتر به کار می آیند.

فرآیند جذب توسط کربن جاکوبی اکتیو شامل ۳ مرحله ذیل می باشد:

  • مواد جامد با یک نیروی وندروالسی و پیوند دو قطبی لحظه ای جذب سطوح بیرونی کربن جاکوبی اکتیو می شوند
  • مواد جامد به داخل حفره ها به حرکت در می آیند
  • مواد جامد جذب دیواره های داخلی حفره های کربن جاکوبی اکتیو می شوند.

چون مواد کربن جاکوبی اکتیو یک ماده آلی داری قدرت و سرعت جذب بسیار بالاتری نسبت به ترکیبات معدنی می‌باشد.

کربن جاکوبی

خلاصه

  • از کربن فعال تجاری موجود برای تهیه کربن فعال از طریق فعال سازی مجدد با KOH در دمای 750 درجه سانتی گراد استفاده شد.
  • کربن فعال با عملکرد 60.5 obtained به دست آمد.
  • کربن فعال حاصله یک ساختار متخلخل با سطح ویژه 2939 متر مربع در گرم ، حجم کل منافذ 1.488 سانتی متر مکعب بر گرم و حجم ریز منافذ 1.001 سانتی متر مکعب در گرم نشان داد.
  • فعال شدن مجدد کربن باعث تغییر اندازه ذرات و ویژگی های چگالی آن می شود
  • و تقریباً دو برابر میزان متان و دی اکسید کربن جذب شده در شرایط فشار بالا افزایش می یابد.
  • چنین کربن فعال ممکن است برای غنی سازی متان یا دی اکسید کربن با تکنیک جذب نوسان فشار استفاده شود.
  • کاربردهای احتمالی کربن فعال شده دیگر ذخیره هیدروژن و متان و ترشح دی اکسید کربن است.

1. معرفی

  • کربن های فعال از پیش سازهای مختلفی مانند
  • چوب ، ذغال سنگ نارس ، ذغال سنگ قهوه ای ، لیگنین ، انواع مختلف ذغال سنگ سخت ،
  • آنتراسیت ، محصولات کربو و پتروشیمی ، پلیمرها و پوسته های میوه تولید می شوند.
  • به طور معمول ، تمام پیش سازهای آلی را می توان به کربن های فعال تبدیل کرد.
  • با این حال ، در بیشتر موارد ، نیاز به استفاده از عامل فعال سازی دارد و تنها تعداد کمی از نظر تجاری جذاب هستند.
  • خواص محصول نهایی بستگی به ماهیت مواد اولیه مورد استفاده ، ماهیت عامل فعال کننده و شرایط فرآیند فعال سازی دارد.

تولید سنتی کربن فعال شامل دو مرحله است:

کربن سازی پیش ساز در دمای زیر 900 درجه سانتیگراد در جو بی اثر و (2) فعال سازی شیمیایی یا فیزیکی شیمیایی پیش ساز کربن دار [3].

در فرآیند فعال سازی شیمیایی ، یا محصول کربن شده قبلی با مواد شیمیایی مناسب مانند اسیدها (HNO3 ، H2SO4 و H3PO4) یا نمک ها (ZnCl2 ، MgCl2 ، FeCl3 ، AlCl3 و K2S) آغشته می شود. این معرفها توسط سلولز حل شده عمل می کنند ، که در دماهای بالا ، به عنوان یک کربن بی شکل بسیار پراکنده ، که یک ساختار متخلخل در جاذب کربنی تشکیل می دهد ، جدا می شود.

هنگامی که عملیات شیمیایی با اسید سولفوریک در دمای کمتر از 200 درجه سانتی گراد انجام می شود

  • کربن فعال قابلیت جذب ضعیفی از خود نشان می دهد.
  • در حین فعال شدن با اسید فسفریک در دمای 375-500 درجه سانتی گراد ، مشکلات خوردگی با تجهیزات ظاهر می شود.
  • یکی از اشکالات فعال سازی با کلرید روی در دمای 550-650 درجه سانتی گراد این است که کربن فعال با نمک های روی آلوده شده است که حذف آنها دشوار است.
  • شرکت آموکو فرآیند تولید کربنهای سطح بالا (بیش از 3000 متر مربع در گرم) را با فعال سازی KOH پیش سازهای معطر مانند کک نفتی و زغال سنگ توسعه داد.
  • این فرآیند در دهه 1980 تجاری شد و متعاقباً مجوز و کارخانه آزمایشی توسط شرکت کک و مواد شیمیایی کانسای در حال اجرا بود.
  • در این زمان ، فقط مقادیر محدودی از محصولات تولید شده است.
  • کربن فعال غالباً ریز حفره است که مسئول مساحت زیاد است و حجم کل منافذ فوق العاده زیاد است: 2.0-2.6 میلی لیتر در گرم.
  • افزایش علاقه به فعال شدن با هیدروکسید پتاسیم از پیش سازهایی مانند پوسته چوب و سبزیجات منجر به بررسی شیمی و مکانیسم تشکیل کربن فعال با ساختار متخلخل کاملاً توسعه یافته و سطح ویژه بسیار زیاد شده است.
  • این مقاله نتایج مطالعات مربوط به افزایش ظرفیت جذب کربن فعال تجاری متان و دی اکسید کربن با فعال سازی اضافی با هیدروکسید پتاسیم را ارائه می دهد.

2.1 مواد و فعال سازی مجدد با KOH

مواد مورد نیاز برای درمان شیمیایی اضافی کربن فعال پیکازین [6] بود که از چوب کاج توسط Société PICA ، فرانسه تولید شده بود. فعال سازی شیمیایی اولیه با استفاده از اسید ارتوفسفریک انجام شد.

2.1.1 فعال سازی مجدد کربن فعال

کربن پیکازین خشک شد و سپس با KOH آسیاب شده به نسبت 1: 3 (m/m) مخلوط شد. درمان در کوره خفه کن در دمای 750 درجه سانتی گراد در جو گاز خنثی (N2) انجام شد. مخلوط به سرعت تا 700 درجه سانتی گراد گرم می شود ، و سپس دما با سرعت 10 درجه سانتی گراد در دقیقه به 750 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. پس از دستیابی به این دما ، مخلوط واکنش به مدت 30 دقیقه نگه داشته شد و سپس در دمای محیط سرد شد. در تمام مدت ، گاز خنثی (N2) با سرعت 30 لیتر در دقیقه در داخل کوره جریان داشت. هنگامی که مخلوط واکنش به دمای محیط رسید ، با محلول 5٪ HCl خنثی شد. کربن اصلاح شده به این روش به محلول رنگ سبز داده که در دوره اولیه شستشو باقی مانده است. پس از هر بار شستشو از پایه پتاسیم ، سوسپانسیون ریخته شد ، با آب مقطر رقیق شده و مقدار pH آن اندازه گیری شد. این درمان چندین بار تکرار شد ، تا اینکه pH فیلتراسیون به 6.5 رسید. هنگامی که PH مشخص شده به دست آمد ، کربن فعال با فیلتراسیون تحت فشار کاهش 10-15 میلی متر جیوه از محلول جدا شد و کیک فیلتر را با آب مقطر شستشو داد و سپس در دمای 120 درجه سانتی گراد خشک شد. محصول اصلاح شده با عملکرد 60.5 ((m/m) به دست آمد. کربن فعال اصلاح شده KOH با Picazine K نشان داده شد.

3. Eval

افزایش خواص کربن فعال و محصول فعال سازی مجدد

3.1 تجزیه و تحلیل غربال

به منظور تعیین توزیع اندازه ذرات هر دو کربن فعال ، تجزیه و تحلیل اندازه [7] برای هر دو کربن فعال انجام شد (شکل 1).

تجزیه و تحلیل غربال Picazine و Picazine K.

  • نتایج و مقادیر محاسبه شده قطر معادل ثابت می کند
  • که کربن پیکازین در نتیجه عملیات KOH در دمای بالا دچار تجزیه وسیع می شود
  • و محصول بدست آمده دو اندازه ذرات غالب (حدود 0.2 و 0.7 میلی متر) را نشان می دهد.
  • تغییر در اندازه ذرات کربن های فعال ، و همچنین تغییر خود ، به طور قابل توجهی بر مقادیر انواع چگالی ها تأثیر می گذارد.

3.2 اندازه گیری تراکم

ویژگیهای مهم جاذبها چگالی آنهاست:

چگالی فله ، چگالی ظاهری، و چگالی واقعی. چگالی فله توسط تستر ویژگی های پودر ، چگالی ظاهری با استفاده از جابجایی جیوه و چگالی واقعی توسط GeoPyc 1330 Envelope Density Analyzer [9] تعیین شد.

حجم منافذ برای هر دو کربن از معادله زیر و با استفاده از آن محاسبه شد:

تخلخل کل شامل حجم فضای بین ذرات و حجم موجود در ذرات جاذب از رابطه زیر تعیین شد:

نتایج تعیین چگالی و مقادیر محاسبه شده از (1) و (2) در جدول 1 آمده است.

چگالی ، تخلخل و تخلخل کل کربن های فعال

  • از جدول 1 مشخص است که کاهش هیدروکسید پتاسیم به پتاسیم فلزی ممکن است باعث افزایش پیکازین K شود و از این طریق بر ارزش حجم منافذ و تخلخل کل تأثیر بگذارد.
  • ساختار متخلخل کربن ها با جذب نیتروژن در دمای پایین مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
  • ایزوترمهای جذب و دفع با استفاده از ابزار میکرومریتیک ASAP 2020 تعیین شد.
  • اندازه گیری در 77 K در محدوده فشار 0.00001-0.999 انجام شد. هر دو ایزوترم کربن فعال در شکل 2 نشان داده شده است.

ایزوترم جذب-دفع کربن های فعال

حجم ریز منافذ ، انرژی مشخصه جذب و ریز منافذ سطح بر اساس معادله دوبینین-رادوشکویچ ، مساحت مزوپورها  و مزوپورهای حجم با روش BJH تعیین شد.

و سطح خاص با استفاده از معادله BET بدست آمد. نتایج در جدول 2 خلاصه شده است.

پارامترهای ساختاری کربن های فعال

  • تیمار کربن پیکازین با هیدروکسید پتاسیم باعث افزایش پارامترهای ساختاری آن شد.
  • بیشترین افزایش در مورد ریز حفره ها ، سطح و حجم کل منافذ مشاهده شد.
  • در نتیجه ، حجم مزوپورها کاهش می یابد ، بنابراین سطح آنها کاهش می یابد.
  • افزایش انرژی جذب مشخصه عمدتا به دلیل کوچک شدن اندازه ریز حفره ها در نتیجه فعال شدن مجدد KOH است.
  • با استفاده از محاسبات اندازه ریز حفره ها با معادله McEnaney مشخص شد
  • که برای انرژی جذب ، ریزنقطه های اندازه 0.40 نانومتر ، و برای اندازه ، 0.36 نانومتر در مدل منافذ شکاف دار است.
  • جاذب به دست آمده دارای خواص ساختاری به مراتب بهتری نسبت به کربن فعال اولیه است.

3.3 جذب متان و دی اکسید کربن

برای هر دو کربن فعال ، ایزوترم های جذب متان و دی اکسید کربن با استفاده از روش حجمی در فشار حداکثر تا 3 مگاپاسکال با استفاده از دستگاه اندازه گیری اصلی تعیین شد [14]. اصل اندازه گیری شامل انبساط گاز با فشار و حجم شناخته شده از فضای دوز به جاذب حاوی آمپول بود. شکل 3 دستگاهی را برای مطالعه گازهای جذب و دفع تحت فشارهای بالا نشان می دهد.

دستگاهی که برای جذب گازها در فشار بالا استفاده می شود

  • A: فیال با جاذب ، T: ترموستات ، H: سیلندر گاز ، W: فیدر ، ،: اندازه گیری فشار ، و ، و: شیرهای کنترل.
  • تعیین به اصطلاح ایزوترم اضافی در دمای 25 درجه سانتی گراد انجام شد.
  • حجم مولی گاز برای فشار و دمای معین با استفاده از معادله بیتی-بریجمن محاسبه شد
  • که به خوبی وضعیت متان و دی اکسید کربن را در محدوده فشار و دمای مورد مطالعه توصیف می کند [15].
  • درمان کربن پیکازین با هیدروکسید پتاسیم ، تقریباً دو برابر ظرفیت جذب CH4 و CO2 را محاسبه کرد
  • که از ایزوترمهای 3.0 مگاپاسکال محاسبه شده است.
  • از نظر فنی ، هدف کربن پیکازین K در محدوده فشار 0-1.0 مگاپاسکال ممکن است جداسازی CO2 از بیوگاز با استفاده از روش PSA و گاز زغال سنگ یا غنی سازی گاز طبیعی حاوی نیتروژن با متان باشد.

در فشار 3 مگاپاسکال و بیشتر ، کربن های فعال شده ممکن است کاربردی برای ذخیره سوخت و ترسیب CO2 پیدا کنند [16].

4. نتیجه گیری

افزایش قابل توجهی در ظرفیت جذب پیکازین a

کربن ctive ، کربن فعال تولید شده در مقیاس صنعتی از چوب ، ناشی از فعال شدن شیمیایی هیدروکسید پتاسیم اضافی است.

کربن بدست آمده تقریباً دو برابر ظرفیت جذب متان و دی اکسید کربن را دارد. پارامترهای ساختار متخلخل کربن فعال قبل و بعد از فرآیند اصلاح با مقادیر جذب فشار بالا برای هر دو گاز ارتباط خوبی دارد.

محصول فعال سازی مجدد ممکن است به عنوان مثال برای ذخیره سوخت گازی و جداسازی گازهای غیر روان کننده با استفاده از روش PSA استفاده شود.

تضاد علایق

نویسنده اعلام می کند که در مورد انتشار این مقاله هیچ تضاد منافعی وجود ندارد.

تصدیق

نویسنده از دانشگاه علم و صنعت AGH (شماره پروژه 11.11.210.244) برای حمایت مالی از تحقیقات توصیف شده در این مقاله سپاسگزار است.

مواد اولیه برای تهیه کربن جاکوبی اکتیو

تکنولوژی امروز، تولید انبوه کربن جاکوبی‌های اکتیو با مشخصات مناسب را جهت کاربردهای ویژه طلب می کند بطور کلی کربن جاکوبی اکتیو ی که بطور عمومی کاربرد دارد و مورد استفاده می شود

باید دارای ظرفیت جذبی کافی، استحکام مکانیکی و خلوص شیمیایی باشد

علاوه بر همه این ویژگیها این ماده باید

  • با قیمتی پایین تولید شود اما چندین دهه است که کربن جاکوبی اکتیو بصورت تجاری از مواد اولیه کربن جاکوبی داری تهیه می شود که در زیر به آنها اشاره شده است.
  • تورب (کود گیاهی) ، زغال سنگ ، لیگنیت (زغال سنگ قهوه ای) ، چوب ، زغال چوب ، لیگنین ، کک نفتی ، زغال استخوان ، زغال سنگ آنترا سیت ،
  • قهوه ، ملاس ، پوسته برنج ، کربن جاکوبی سیاه (دوده)، کلپ (کتانجک) ، شکر ، خاک اره ، با گاس نیشکر ، کاه ، لاستیک های مستعمل اتومبیل ،
  • زغال سنگ قیری ، پوسته نارگیل ، پوسته بادام ، پوسته فندق ، هسته هلو ، آسفالت ، کربیدهای فلزی ، زائدات محتوی کربن جاکوبی حاصل از فاضلاب ،
  • خاکستر ، پلی وینیل کلراید، زائدات سایر پلیمر ها ، پوسته پسته ، پوسته گردو .
  • از میان مواد اولیه نام برده در بالا که تا کنون بیشترین کاربرد را در تولید تجاری کربن جاکوبی اکتیو داشته اند ، زغال های
  • سخت بیشترین کاربرد را در تولید تجاری کربن جاکوبی اکتیو داشته اند ، زغال های سخت بیشترین سهم را به خود اختصاص داده‌اند .
  • در حال حاضر آنها ماده مناسب برای تولید ۶۰درصد از کربن جاکوبی های اکتیو به حساب می آیند و نقش آنها بطور قابل ملاحظه ای از سال ۱۹۴۵ افزایش یافته است.

کربن جاکوبی

چگونه جذب کربن فعال در فیلتر کربنی انجام میشود

طبق مراحل زیر:::

  1. برخورد ذرات آلاینده محلول در سیال با Activated Carbon
  2. پخش ذرات آلاینده در ماتریکس حفرات اکتیو کربن
  3. جذب ذرات آلاینده به زغال فعال شده و به وجود آمدن یک پیوند برگشت ناپذیر

مراحل فوق بصورت یکپارچه و موازی در حال انجام است.

کربن جاکوبی

انواع زغال فعال

  •  زغال فعال پودری (PAC)
  • زغال فعال گرانولی(GAC)
  • زغال فعال کروی
  • کربن تزریق شده
  • کربن روکش شده با پلیمرها

کربن جاکوبیمصارف و کاربرد کربن جاکوبی

زغال فعال دارای کاربردهای زیادی است، از جمله مصارف آن

  • تصفیه آب‌ها (آب شرب، آب آکواریوم‌ها، آب‎ها صنعتی)، از نظر رنگ و بو و طعم
  • رنگ زدایی از قند و شکر
  • بازیافت طلا
  • به سازی رنگ و طعم در نوشیدنی‌ها و آب میوه‌ها
  • استفاده در دستگاه‌هایی مثل: تصفیه کننده‌های هوا، خوشبو کننده ها، تصفیه کننده های صنعتی و …
  • تولید زغال فعال شده
  • تولید دارو

 

کاربردهای کربن جاکوبی در صنعت آب و فاضلاب

  • برای از بین بردن رنگ
  • حذف ترکیبات کلر دار
  • حذف بو و مزه غیر دلخواه از آب
  • به عنوان پیش تصفیه‌ی RO
  • تصفیه آب‌های معدنی

کربن جاکوبیفیلتر های کربنی

از کربن فعال در صنعت به عنوان رسانه فیلتراسیون برای فیلتر های کربنی استفاده می شود تا بدین طریق مواد ذکر شده در بالا را بتوان از آب حذف کرد.

برای استعلام قیمت، مشاوره و خربد فیلترهای کربنی شرکت زادآب با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.

تولید کربن فعال

  • تهیه کربن فعال از مواد کربنی را اکتیواسیون گویند. و عبارت است از
  • تهیه یک شکل کریستالی ریز از کربن فعال که مقدار بسیار زیادی تخلخل به شکل و اندازه های مختلف دارد.
  • امروزه روش ساده پخت یا کربونیزه کردن مواد انجام می شود.
  • ولی محصولات این روش جوابگوی احتیاجات جامعه صنعتی امروز نیست.
  • به عنوان مثال سطح زغال چوب پودر شده
  • به طور قابل ملاحظه ای کمتر از کربن فعال است( 2-4 مترمربع برگرم در مقابل 300-1000مترمربع برگرم کربن گرانولی).
  • برای مشاوره و استعلام قیمت کربن فعال زادآب با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید.

روش های تهیه کربن فعال

  • روش حرارتی
  • روش شیمیایی

روش حرارتی در تهیه کربن فعال

  • در روش حرارتی ابتدا مواد خام خرد شده با یک ماده چسبی مخلوط شده،
  • سپس این مخلوط توسط دستگاه اکسترو در یا دستگاههای مشابه
  • به صورت دانه یا پلیت در می آید. قدم بعدی در این روش کربونیزه کردن است.
  • کربونیزاسیون عبارت است از تشکیل زغال از مواد اولیه. کربونیزاسیون معمولا
  • با گرم کردن در دمای 400-500 درجه سانتی گراد صورت می گیرد.
  • و نتیجه آن دی هیدراسیون و جداسازی مواد فرار است. عمل تکمیلی در این
  • روش، اکسیداسیون می باشد که برای بالا بردن سطح جداسازی و سطح ماده اولیه است.
  • برای اکسیداسیون می توان از دمای بالا استفاده نمود که این فرآیند در دمای
  • 800-1000 درجه سانتی گراد در حضور یک ماده اکسید کننده مناسب انجام می شود.
  • لازم به ذکر هست که مراحل کربونیزاسیون و اکسیداسیون در کوره انجام می شود.

روش شیمیایی در تهیه کربن فعال

  • در این روش ابتدا مواد خام با مواد شیمیایی که دارای اثرات دی هیدراسیون و اکسیدکنندگی هستند مخلوط می شوند.
  • مرحله بعد کلسیناسیون است که در آن گرم کردن در دمای بالا باعث تجزیه هیدرات، کربناتها و دیگر ترکیبات شده
  • و مواد خارج گشته و ساختمان کربن بی شکل می شود
  • و یک ساختمان متخلخل با سطح زیاد ایجاد می شود.

کاربردهای مختلف کربن جاکوبی

  • مصرف در فاز گاز که کربن در این حالت سخت و گرانول است
  • مصرف در فاز مایع که در این حالت کربن به صورت پودر نرم و سبک است

کاربرد کربن فعال در فاز گاز

  • در این حالت از کربن فعال که دارای سطحی بین 1000-2000 مترمربع بر گرم است استفاده می شود.
  • کربن فعال ساخته شده برای آن منظور دارای ذرات بزرگتر و متراکم و مستحکم تری است.
  • خواص مطلوب در جاذب های خوب گازی شامل ظرفیت بالای جذب در واحد حجم، ظرفیت نگهداری بالا،
  • جذب بالاتر حجمی گازها در مجاورت رطوبت، استحکام بالا و رهاسازی مواد جذب شده با افزایش دما و کاهش فشار است.

کاربرد کربن فعال در فاز مایع

حدود 85 درصد کربن فعال تولیدی برای مصارف فاز مایع به شکل پودری می باشد. موارد اصلی استفاده از کربن فعال پودری عبارت است از :

  • جداسازی رنگ، بو، مزه و دیگر ناخالصی ها از محلول
  • بازیافت ماده خاصی از یک محلول

عملیات فاز مایع توسط کربن فعال پودری به صورت منقطع صورت می گیرد.

  • محلولی که باید مورد عملیات قرار گیرد معمولا با مقدار محاسبه شده ای از کربن فعال مخلوط گردیده
  • و در صورت لزوم برای کاهش ویسکوزیته به آن مقداری حرارت داده و حدود 10-60 دقیقه به هم زده می شود
  • پس از تکمیل این عملیات توسط ته نشینی یا فیلتراسیون کربن را از محلول جدا می کنند
  • استفاده از کربن فعال پودری رو به کاهش است
  • به این دلیل که کربن فعال دانه ای دارای مزایایی مانند راحتی حمل و نقل و سهولت در فیلتراسیون است

کربن جاکوبی فعال پودری

  • مطالعات انجام شده در ایالات متحده نشان دهنده این امر است که کربن فعال به صورت پودری یا دانه ای دارای قدرت جذب مواد آلی موجود در آب است.
  • عوامل موثر روی کارایی آن به غلظت کربن فعال، زمان تماس، محل تزریق، نحوه اختلاط و کیفیت آلاینده ها بستگی دارد.
  • بطوریکه لازم است در هر شرایطی به کمک آزمایشات در مقیاس نیمه صنعتی تصمیم گیری نمود در غیر این صورت یا میزان
  • کربن فعال بیشتر از حد لازم به کار می رود که بار مالی اضافی به تصفیه خانه تحمیل می کند یا غلظت آلاینده باقی مانده
  • در حد خطرناکی خواهد بود بطوریکه آفت کش ها و علف کش ها، ترکیبات آروماتیک
  • و حلال های آروماتیک توسط کربن فعال جذب شده و از جریان آب تصفیه خانه خارج می شود.

کربن فعال می تواند

  • از انواع مواد کربنی ساخته شده و برای افزایش خواص جذب آن پردازش شود.
  • برخی از مواد متداول که برای تولید کربن فعال استفاده می شود ، ذغال قیر ، استخوان ، پوسته نارگیل ، لیگنیت ، ذغال سنگ نارس ، پوسته اسپند ،
  • بقایای پایه نفتی ، خاکستر سیاه آسیاب تفاله ، شکر ، لجن تصفیه فاضلاب و چوب است (وبر ، 1972). همانطور که در مورد هر فرآیند تولید صادق است ،
  • کیفیت محصول نهایی تحت تأثیر ماده اولیه است. در گذشته کربن های فعال شده ای که برای کاربردهای صنعتی مورد استفاده
  • قرار می گرفتند معمولاً از چوب ، ذغال سنگ نارس و سایر مشتقات سبزیجات تولید می شدند.
  • امروزه لیگنیت ، ذغال سنگ طبیعی و کک به دلیل در دسترس بودن و قیمت جذاب ، بیشترین استفاده از کربن فعال را دارند.

ساختار شیمیایی کربن جاکوبی فعال

  • فضای داخلی کربن فعال دارای ساختار بلوری و ساختار منافذ است
  • و سطح کربن فعال نیز دارای ساختار شیمیایی است
  • عملکرد جذب کربن فعال نه تنها به ساختار فیزیکی (منافذ) کربن فعال بلکه به ساختار شیمیایی سطح کربن فعال نیز بستگی دارد
  • در تهیه کربن فعال ، پیوند شیمیایی لبه ورق معطر شکل گرفته در مرحله کربن زنی شکسته شده و یک اتم کربن لبه با الکترونهای جفت نشده ایجاد می کند
  • این اتمهای حاشیه کربن دارای پیوندهای شیمیایی اشباع نشده هستند
  • و می توانند با اتمهای هتروسیکل مانند اکسیژن ، هیدروژن ، نیتروژن و گوگرد واکنش دهند و گروههای مختلف سطحی را تشکیل دهند
  • حضور این گروه های سطحی بدون شک بر خصوصیات جذب کربن فعال تأثیر می گذارد
  • گروه های سطحی کربن فعال اسیدی ، قلیایی و خنثی هستند.
  • لیو مینگکسوان تأسیس کرد که کربونیل ، کربوکسیل ، لاکتون ، هیدروکسیل ،
  • اتر ، فنول و غیره وجود دارد که می تواند باعث جذب مواد قلیایی توسط کربن فعال شود
  • گروههای اساسی سطح اصلی عمدتا حاوی کتونهای حلقوی و مشتقات آنها هستند که می توانند جذب مواد اسیدی را روی کربن فعال تقویت کنند

موادی که با کربن فعال حذف می شوند

حذف رنگ و بوی الکل با کربن جاکوبی

  • کربن فعال دارای خصوصیاتی است که می توان از آن برای حذف رنگ و بوی الکل استفاده نمود.
  • امروزه به دلیل شیوع بیماری کرونا و افزایش سطح تولیدات کارخانه های الکل سازی
  • و همچنین تولید الکل خانگی برای ضد عفونی دستها و سطوح و از بین بردن ویروس کرونا
  • نیاز به کربن فعال به از بین بردن بوی نامطبوع الکل و نیز رنگ ایجاد شده در فرایند تولید الکل بیش از پیش به چشم می خورد.

حذف تری هالو متان با کربن فعال

  • حضور THM(مثل کلروفرم) دریک آب معمولا نتیجه واکنش های شیمیایی بین کلر آزاد و ترکیبات آلی ناچیز در یک آب است
  • تری هالومتان ها توانایی ایجاد سرطان را دارند همچنین ورود آن ها به عنوان تهدید در فرآیند های صنعتی تلقی می شود.

حذف نیترات

  • نیترات و به طور کلی نیتروژن یکی از مهم ترین عناصر مورد نیاز گیاهان است
  • که در بسیاری از کود های شیمیایی که به خاک ها اضافه می شوند نیز وجود دارند.
  • نیتروژن باید به صورت نیترات جذب خاک ها شود لذا نیترات به این صورت وارد خاک ها و سپس آب می شود.
  • نیترات می تواند مشکلاتی را در بدن انسان به وجود آورد
  • که یکی از آنها بیماری کودک آبی به دلیل کمبود اکسیژن است.
  • نیترات یکی از موادی است که بوسیله کربن فعال درفیلتر های کربنی حذف می شود.

منابع

F. Derbyshire ، M. Jagtoyen و M. Thwaites ، “کربن فعال و کاربردها” ، در Porosity in Carbons ، J. W. Patrick، Ed.، pp. 228–239 ، Edward Arnolds ، London ، UK ، 1995.
مشاهده در: Google Scholar
W. Tongpoothorn ، M. Sriuttha ، P. Homchan ، S. Chanthai و C. Ruangviriyachai ، “تهیه کربن فعال مشتق شده از پوسته میوه Jatropha curcas با فعال سازی ساده ترمو شیمیایی و مشخصه خواص فیزیکی و شیمیایی آنها ،” مهندسی شیمی تحقیق و طراحی ، جلد. 89 ، نه 3 ، صص 335–340 ، 2011.

مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

P. Kleszyk ، P. Ratajczak ، P. Skowron و همکاران ، “کربن هایی با توزیع اندازه منافذ باریک که توسط کربن زایی همزمان و خود فعال سازی ساقه های تنباکو و کاربرد آنها در ابرخازن ها تهیه شده است” ، کربن ، جلد. 81 ، نه 1 ، صص 148-157 ، 2015.
مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar
F. Derbyshire ، M. Jagtoyen ، R. Andrews ، A. Rao ، I. Martin-Gullón و E. A. Grulke ، “مواد کربنی در کاربردهای محیطی” ، شیمی و فیزیک کربن ، جلد. 27 ، صص 1 تا 66 ، 2000.
مشاهده در: Google Scholar
B. Buczek و E. Wolak ، “هیدروکسید پتاسیم کربن فعال اصلاح شده برای یخچال های جاذب” ، Adsorption ، vol. 14 ، نه 2-3 ، ص 283–287 ، 2008.
مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar
A. Perrin ، A. Celzard ، J. F. Mareché و G. Furdin ، “بهبود ظرفیت ذخیره سازی متان با جذب بر روی کربن های فعال مرطوب ،” Carbon، vol. 42 ، نه 7 ، صص 1243–1249 ، 2004.
مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar
تی آلن ، اندازه گیری اندازه ذرات ، چاپمن و هال ، لندن ، انگلستان ، 1984.
B. Buczek و E. Vogt ، “یک روش تجربی و دستگاههایی برای اندازه گیری چگالی چگالی ذرات متخلخل” ، در Characterization of Porous Solids III، Studies in Surface Science and Catalysis، J. Rouquerol، F. Rodriguez-Reinoso، KSW بخوانید و KK Unger ، Eds. ، جلد. 87 ، صص 339–344 ، الزویر ، آمستردام ، هلند ، 1994.

مشاهده در: Google Scholar

P. Webb and C. Orr، Methods Analytical in Fine Particle Technology، Micromeritics Instrument، Norcross، Ga، USA، 1997.

Y. Otowa ، Y. Nojima و M. Itoh ، مکانیسم فعال سازی ، ویژگی های سطحی و ویژگی های جذب سطحی سطح فعال Koh ، اصول جذب ، Kluwer Academic ، بوستون ، ماساچوست ، ایالات متحده ، 1996.
M. M. Dubinin ، “خواص جذب و ساختارهای ریز منفذ جاذب های کربنی” ، Carbon، vol. 25 ، نه 5 ، صص 593-598 ، 1987.

E. P. Barrett ، L. G. Joyner و P. P. Halenda ، “تعیین حجم و توزیع مساحت منافذ در مواد متخلخل. I. محاسبات حاصل از ایزوترم های نیتروژن ، “مجله انجمن شیمی آمریکا ، جلد. 73 ، نه 1 ، صص 373–380 ، 1951.

B. McEnaney ، “برآورد ابعاد ریز منافذ در کربن های فعال با استفاده از معادله Dubinin-Radushkevich” ، Carbon ، vol. 25 ، نه 1 ، صص 69-75 ، 1987.

A. Nodzeński ، “جذب و دفع گازها (CH4 ، CO2) بر روی زغال سنگ سخت و کربن فعال در فشارهای بالا ،” Fuel، vol. 77 ، نه 11 ، صص 1243–1246 ، 1998.

R. C. Reid و T. K. Sherwood ، The Properties of Gases and Liquids ، مک گراو هیل ، نیویورک ، نیویورک ، ایالات متحده ، 1974.
D. Damiani، J. T. Litynski، H. G. McIlvried، D. M. Vikara، and R. D. Srivastava ، “برنامه تحقیق و توسعه وزارت انرژی ایالات متحده برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از طریق استفاده مفید از دی اکسید کربن ،” گازهای گلخانه ای: علم و فناوری ، جلد. 2 ، نه 1 ، صص 9-19 ، 2012.

حق چاپ © 2016 Bronislaw Buczek. این یک مقاله دسترسی آزاد است که تحت مجوز Creative Commons Attribution توزیع می شود و اجازه استفاده ، توزیع و تولید مجدد بدون محدودیت در هر رسانه ای را می دهد ، مشروط بر اینکه به اصل اثر به درستی استناد شود.